2020 Fiscal Year Annual Research Report
タンパク質の特徴的な立体構造を活かした振動エネルギー移動機構の解明
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19J20486
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山下 聡 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 振動エネルギー移動 / タンパク質 / 分光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学反応はエネルギーのやり取りを伴いながらおこる。そのため、化学反応の基礎的な理解のためには、どのようにエネルギーのやり取りが行われているかを理解する必要があり、エネルギーが原子や分子の世界でどのように流れているかを知ることは、その理解に重要な洞察を与える。これまでに、原子と分子のスケールでエネルギーの流れを観測する系として、我々はタンパク質を用いて、タンパク質の中でのエネルギーを観測してきた。しかし、タンパク質内でのエネルギーの流れの観測で用いられてきたタンパク質は構造が複雑であったため、エネルギーの流れを系統的に調べることができなかった。そこで本研究では特徴的な立体構造を利用しエネルギーの流れを系統的に調べることで、距離依存性と方位依存性を調べることを目的としている。
昨年度は、タンパク質内エネルギー移動における距離依存性の観測を行った。この研究ではαヘリックスと呼ばれる周期的な螺旋構造を利用することで、熱源分子から温度計分子への距離を系統的に変化させることができる。昨年度は、５つの変異体に対して、エネルギー移動の観測を行った。これらの変異体では、同一αヘリックス上で距離を変化させたものを比較すると、エネルギーの流れは拡散的な挙動を示した。この結果はタンパク質の原子が密に詰まっているという性質がによって、タンパク質が等方的なエネルギーの媒質とみなせることを示している。また、熱源分子からの距離が同じで、異なるヘリックス上の位置へのエネルギー移動を比較した。熱源からの距離が中間の位置では、エネルギーの移動が非常によく似ていたのに対して、最も遠い位置ではエネルギーの移動に違いがみられた。この違いはアミノ酸側鎖の大きさが大きく変化することで、原子の詰まり具合が異なることによると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
距離依存性に関する研究では、５つの変異体に対して測定が完了した。現在、論文化に着手し始める。
また、方位依存性に関する研究では、当初はNP4を用いた実験系を計画していたが、NP4の精製法を確立できなかったため、他のβバレルヘムタンパク質であるニトロバインディンを利用する計画に変更した。昨年度は、様々な検討を重ねることで、安定的に大量の試料を得ることができる精製方法を確立した。またそれぞれの変異体のキャラクタリゼーションも完了している。変異体の測定に際して必要な野生型を用いたテスト測定も完了した。このように、変異体測定に必要な準備段階を完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
エネルギー移動における距離依存性に関する研究では、測定などの必要なデータは測定が完了しているため、論文にまとめる。その際シミュレーショ ン研究を行っている研究室との共同研究を行うことで、さらに議論を深めるていく。
方位依存性に関する研究では、変異体の精製方法を確立している。本年度は、実際にアンチストークスラマンスペクトルの測定に着手し、議論可能なデータを得る。また測定に際して光学系の最適化も行う。本研究で行う測定では、信号強度が非常に小さいため、光学系を最適化し、より質の高いスペクトルを得られる状況に することが必要不可欠である。所属研究室では、さらなる測定系の質の向上にのために、光学系の再構築に取り組んでいる。試料精製法の確立および光学系の最適化が完了し次第、時間分解測定に移行していく。時間分解測定ではより詳細な議論のために、質の高いスペクトルを時間を かけて取得していく。また得られたスペクトルから方位依存性を調べる。また解析の結果を既存のモデルなどと比較することで、タンパク質内のエネルギー移動 における異方性を議論していく。
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